李爭光

【摘要】礦井通風(fēng)阻力主要與通風(fēng)距離、通風(fēng)線路截面大小和氣流摩擦阻力等因素有關(guān)，過大的通風(fēng)阻力不僅會(huì)增加所需的通風(fēng)量，增加通風(fēng)系統(tǒng)能耗;同時(shí)也不利于風(fēng)流的輸送，造成井下某些風(fēng)阻較大的地點(diǎn)出現(xiàn)通風(fēng)量不足的情況，影響礦井安全生產(chǎn)。為了保證礦井安全通風(fēng)、高效通風(fēng)，采取通風(fēng)降阻措施是十分必要的。

【關(guān)鍵詞】礦井通風(fēng) ?通風(fēng)阻力 ?分析 ?降組措施

礦井通風(fēng)可以促進(jìn)井下空氣流通，避免人員窒息，同時(shí)也可以降低區(qū)域內(nèi)粉塵和瓦斯的濃度，避免因瓦斯和粉塵聚積而發(fā)生事故。因此通風(fēng)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)和足夠的通風(fēng)量也是保證煤礦礦井安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。礦井通風(fēng)阻力主要與通風(fēng)距離、通風(fēng)線路截面大小和氣流摩擦阻力等因素有關(guān)，過大的通風(fēng)阻力不僅會(huì)增加所需的通風(fēng)量，增加通風(fēng)系統(tǒng)能耗;同時(shí)也不利于風(fēng)流的輸送，造成井下某些風(fēng)阻較大的地點(diǎn)出現(xiàn)通風(fēng)量不足的情況，影響礦井安全生產(chǎn)。受資源儲(chǔ)量的影響，郭二莊礦二坑進(jìn)行了下組煤的開采，隨著采面的延伸和通風(fēng)線路的延長，下組煤采面一度出現(xiàn)了采掘工作面需風(fēng)緊張的情況，這對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。為了保證礦井安全通風(fēng)、高效通風(fēng)，采取通風(fēng)降阻措施是十分必要的。本文分析了礦井通風(fēng)阻力的影響因素，對(duì)相關(guān)通風(fēng)降阻措施進(jìn)行了研究。

一、礦井井下通風(fēng)阻力的影響因素分析

礦井通風(fēng)阻力的來源主要有整體通風(fēng)阻力、局部通風(fēng)阻力、摩擦阻力，各種通風(fēng)阻力均會(huì)對(duì)導(dǎo)致礦井需風(fēng)量增大，特別是摩擦阻力對(duì)礦井井下通風(fēng)阻力影響最大。

（一）整體通風(fēng)阻力

礦井通風(fēng)總阻力是指風(fēng)流由進(jìn)風(fēng)井口到扇風(fēng)機(jī)風(fēng)硐（抽出式）或由扇鳳機(jī)風(fēng)硐到回風(fēng)井口（壓入式）風(fēng)流沿任一風(fēng)路流動(dòng)途中所產(chǎn)生的局部阻力和摩擦阻力之和。整體通風(fēng)阻力受局部通風(fēng)阻力、摩擦阻力和通風(fēng)線路等多種因素的影響，特別是通風(fēng)線路對(duì)整體通風(fēng)阻力影響最為顯著。隨著采面和巷道的延伸，通風(fēng)線路隨之延長，較長的通風(fēng)線路對(duì)礦井通風(fēng)是十分不利的，通風(fēng)系統(tǒng)需要更大的通風(fēng)量才能使風(fēng)流進(jìn)入到工作面。這無疑對(duì)原有的通風(fēng)系統(tǒng)提出了更高的要求，需要調(diào)整主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率;或者是根據(jù)生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)化原則新掘回風(fēng)巷，以縮短通風(fēng)線路，降低通風(fēng)阻力。

（二）局部通風(fēng)阻力

局部通風(fēng)阻力是指在通風(fēng)線路的局部區(qū)域，因巷道斷面變化等原因造成的風(fēng)流能量損失的增加。比如巷道斷面突然變窄，巷道分岔等原因，都會(huì)使風(fēng)流的運(yùn)動(dòng)方向、流動(dòng)速度、流動(dòng)形態(tài)等發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生能量的消耗，使風(fēng)流減弱。煤礦井下地質(zhì)條件復(fù)雜，巷道分布往往錯(cuò)綜復(fù)雜，拐彎、分岔和斷面變化的地方較多，有的巷道凹凸不平，有的堵塞不通，因而局部通風(fēng)阻力也是廣泛存在的。局部通風(fēng)阻力可分為漸變型和突變型，當(dāng)風(fēng)流與巷道表面碰撞處于絮流狀態(tài)時(shí)，如果遇到巷道斷面突變的地方，風(fēng)流會(huì)在絮流慣性與巷道斷面阻力的雙重作用下產(chǎn)生漩渦式的運(yùn)動(dòng)，而這些風(fēng)流漩渦也造成了能量的損失。

（三）摩擦阻力

摩擦阻力是風(fēng)流在輸送過程中，與巷道表面、井壁及設(shè)備產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)和摩擦而形成的阻力。風(fēng)流在運(yùn)動(dòng)中會(huì)不可避免地與各種表面產(chǎn)生接觸，因而摩擦阻力也是不可避免的，而通風(fēng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一就是要設(shè)法減少摩擦阻力。氣體流動(dòng)可分為層流流動(dòng)和絮流流動(dòng)，我們可以用雷諾公式來判斷風(fēng)流屬于哪一種流動(dòng)狀態(tài)。由于井巷中要求最低風(fēng)速為0.15m/s，因此絮流流動(dòng)是通風(fēng)井巷中風(fēng)流最為普遍的狀態(tài)。絮流流動(dòng)時(shí)，流體的各體質(zhì)點(diǎn)都會(huì)發(fā)生碰撞和混合的現(xiàn)象，其流動(dòng)軌跡也不受任何制約，此時(shí)可通過摩擦阻力公式進(jìn)行計(jì)算：h摩=aLUQ2/S3。式中a為巷道表面粗糙度、L為巷道長度、U為巷道斷面周長、Q為巷道風(fēng)量（m3/s）、S為巷道斷面面積。由公式計(jì)算可知，摩擦阻力的平方與風(fēng)量是呈正比，與巷道斷面是呈反比的，摩擦阻力越大則巷道需風(fēng)量越大，巷道斷面越大則摩擦阻力越小。

二、降低礦井通風(fēng)阻力的措施

（一）降低摩擦阻力的措施

（1）改進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)。在保證支護(hù)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上盡量選擇摩擦阻力小的支護(hù)材料。同時(shí)，支架應(yīng)保持整齊排列、密度適中;盡量選擇光面爆破方式和噴砼封閉的施工方式，及時(shí)修復(fù)破損巷道，保持底板和兩幫的平整，使巷道表面光滑，從而減少巷道表面和支護(hù)措施對(duì)風(fēng)流的摩擦阻力。

（2）合理確定礦井通風(fēng)風(fēng)量。風(fēng)量大小與礦井風(fēng)阻是呈正比的，因此在通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)不可隨意增加供風(fēng)量，應(yīng)在確保各處最小需風(fēng)量的基礎(chǔ)上盡量減少用風(fēng)。從巷道截面與通風(fēng)量的關(guān)系來看，圓形和拱形斷面的截面積最大，通風(fēng)阻力是最小的。因此在巷道設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于斜井、立井盡量選擇圓形斷面;對(duì)于石門、斜井、大巷盡量選擇拱形斷面。

（3）合理增加巷道斷面積。巷道斷面積越大則通風(fēng)阻力越小，巷道斷面增加30%即可使通風(fēng)阻力降低50%左右，但巷道斷面積的增大也會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)施工量和支護(hù)難度的增加。因此，應(yīng)綜合考慮通風(fēng)與經(jīng)濟(jì)效益等多方面因素，在條件允許的情況下盡量增大巷道斷面積;必要時(shí)可采取雙巷道并聯(lián)通風(fēng)的方式以降低通風(fēng)阻力。此外，在日常工作中還要注意對(duì)巷道的修整和巷道內(nèi)雜物的清理，保證巷道足夠的通風(fēng)面積。

（4）盡量縮短巷道長度?？s短巷道長度既可減少巷道掘進(jìn)量，也可縮短通風(fēng)距離，減少通風(fēng)阻力。在巷道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在滿足生產(chǎn)的前提下盡量縮短巷道長度;同時(shí)，封閉廢棄巷道，減少漏風(fēng)。

（二）降低局部通風(fēng)阻力的措施

巷道和通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免出現(xiàn)巷道斷面突大或突小的情況，減少小直徑風(fēng)橋和調(diào)節(jié)風(fēng)窗的使用。巷道過渡區(qū)域應(yīng)力求平緩，連接兩條不同斷面巷道時(shí)盡量采用弧形和斜直線，避免使用直角轉(zhuǎn)彎。在巷道粗糙面要適當(dāng)調(diào)節(jié)風(fēng)速，以減小風(fēng)量損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]李建軍.煤礦通風(fēng)阻力影響因素及降阻方法研究[J].能源與節(jié)能， 2018，（10）.

[2]彭云.礦井通風(fēng)系統(tǒng)降阻優(yōu)化研究[J].湖南科技大學(xué)， 2013.